JPS61247916A - Composite navigation system for ship - Google Patents

Composite navigation system for ship

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Publication number
JPS61247916A
JPS61247916A JP8872285A JP8872285A JPS61247916A JP S61247916 A JPS61247916 A JP S61247916A JP 8872285 A JP8872285 A JP 8872285A JP 8872285 A JP8872285 A JP 8872285A JP S61247916 A JPS61247916 A JP S61247916A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
calculation unit
ship
error
speed
information
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8872285A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshimasa Kaigawa
貝川 義昌
Kanji Ozawa
小沢 寛治
Tetsuji Shono
庄野 哲司
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SHIPBUILD RES ASSOC JAPAN
JFE Engineering Corp
Original Assignee
SHIPBUILD RES ASSOC JAPAN
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SHIPBUILD RES ASSOC JAPAN, NKK Corp, Nippon Kokan Ltd filed Critical SHIPBUILD RES ASSOC JAPAN
Priority to JP8872285A priority Critical patent/JPS61247916A/en
Publication of JPS61247916A publication Critical patent/JPS61247916A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To make possible the exact detection of a ship's position by making such prescribed calculation as to eliminate drawbacks by taking advantage of an inertia navigation method and GPS receiver. CONSTITUTION:A speed error calculation unit 12 compares the speed information from a speed display device 6 of the inertia navigation device A and the speed information from a GPS speed display device 10 and calculates the error thereof. A position error calculation unit 13 compares the position information from a position display device 7 of the device A and the position information from a GPS position display device 11 and calculates the error thereof. A karman filter 14 is incorporated therein with the ship model expressing mathematically the movement of the ship and takes out only the change-component of the course controllable by the rudder out of the signals inputted thereto. The output from the filter 14 is impressed to the auxiliary circuits provided respectively to the output side from an accelerometer 1 and the output side of a platform correction and calculation unit 5 to correct the respective signals.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、港内とか狭水道とかの輻棲する海域において
、船舶の位置を精度良く知ることのできる船舶複合航法
システムに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a combined ship navigation system that can accurately determine the position of a ship in crowded sea areas such as in ports and narrow waterways.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来よシ船舶の位置を知る手法として、慣性航法、GP
S受信装置による手法やロラン、オメガ、NN58等に
よる手法等がある。
Conventionally, inertial navigation, GP
There are methods using an S receiver, methods using Loran, Omega, NN58, etc.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかしながら、慣性航法は、慣性センナ誤差、初期姿勢
、方位誤差、地球自転速度及び船の移動速度の計算誤差
などの要因によシ、複合誤差が時間とともに増大すると
いう問題点がある。また、GP8受信装置による方法も
、民間で利用できる情報は軍用のものより精度が悪く、
且つデータが分散するため、港内とか狭水道の輻績する
海域では要求される高精度の船位測定が行なえないとい
う問題点がある。
However, inertial navigation has a problem in that compound errors increase over time due to factors such as inertial sensor errors, initial attitude errors, azimuth errors, calculation errors in the rotational speed of the earth and the moving speed of the ship. Additionally, the information available for civilian use using the GP8 receiver is less accurate than that for military use.
In addition, since the data is dispersed, there is a problem in that it is not possible to measure the ship's position with high precision, which is required in a port or in a sea area where narrow waterways pass.

また、ロラン、オメガ、NN5S等その他の方法による
ものは、いずれも精度が悪く、輻棲海域での使用はほと
んど実用的ではなかった。
In addition, other methods such as Loran, Omega, and NN5S all had poor accuracy and were hardly practical to use in lively areas.

この為に、従来は、輻榛海域での航行に際しては、見張
担当者、レーダ監視担当者、海図担当者等多くの配置を
必要とするが、それでもなお、船舶の位置を正確に把握
し、航行の安全を図ることが難かしかった。
For this reason, conventionally, when navigating in turbulent waters, it is necessary to deploy many people such as lookout personnel, radar monitoring personnel, and chart personnel. It was difficult to ensure safe navigation.

本発明は、従来技術におけるこれらの問題点に鑑みてな
されたもので、その目的は、船舶の位置を正確に知るこ
とができ、従って、他船との衝突事故や座礁事故等を未
然に防止し、船舶の航行を少ない要員で安全に行なうこ
とのできる船舶複合航法システムを実現しようとするも
のである。
The present invention has been made in view of these problems in the prior art, and its purpose is to be able to accurately know the position of a ship, thereby preventing collisions with other ships, grounding accidents, etc. The aim is to realize a composite marine navigation system that allows ships to navigate safely with fewer personnel.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

前記の問題を解決のため本発明は慣性航法装置が出力す
る情報と、GPS受信機が出力する情報とを入力しこれ
らを比較してその誤差を計算する誤差計算ユニットと、
その誤差をカルマンフィルタを介して入力し、所定の演
算を行なって船舶の位Rを予測する位置予測計算ユニッ
トと、予測位置を電子海図上に重畳して表示するCRT
ディスプレイ装置とを含んで構成される船舶複合航法シ
ステムを提供するものである。
In order to solve the above problem, the present invention provides an error calculation unit that inputs information output from an inertial navigation device and information output from a GPS receiver, compares them, and calculates the error;
A position prediction calculation unit that inputs the error through a Kalman filter and performs predetermined calculations to predict the ship's position R; and a CRT that superimposes and displays the predicted position on an electronic chart.
The present invention provides a marine vessel composite navigation system including a display device.

〔作 用〕[For production]

位置予測計算ユニットは、慣性航法装置とGPS受信装
置の各々の長所を生かし、且つ各々の欠点を消去するよ
うな所定の演算を行なうもので、これによってCRTデ
ィスプレイ装置には、船舶の位置を高精度で表示され、
船舶の位置を正確に把握できるようKしている。
The position prediction calculation unit performs predetermined calculations that take advantage of the strengths of both the inertial navigation system and the GPS receiver and eliminate the shortcomings of each. displayed with precision,
This is done so that the ship's position can be accurately determined.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する〇 第1図は、本発明システムの一例を示す構成ブロック図
、第2図はそのシステムフロー図、第6図は各センサ及
び装置の設置位置を示す説明図である。
Embodiments of the present invention will be explained in detail below using the drawings. Figure 1 is a block diagram showing an example of the system of the present invention, Figure 2 is a flow diagram of the system, and Figure 6 is a diagram of each sensor and device. It is an explanatory view showing the installation position.

これらの各図において、Aは船舶用慣性航法装置、Bは
複合航法装置である。船舶用慣性航法装置Aは、船舶の
加速度を検出する加速度計1、この加速度計1を搭載す
る安全プラットフォームを制御するプラットフォームサ
ーボ2、方位を検出するジャイロコンパス3、加速度計
1からの信号を入力し、対地速度と位置を計算する航法
計算ユニット4、この航法計算ユニット4からの信号を
入力し、地球自転レートと移動レート忙より修正計nk
行なうプラットフォーム修正計算ユニット5、航法計算
ユニット4の出力を表示する速度表示器6及び位置表示
器7とで構成されている。
In each of these figures, A is an inertial navigation system for ships, and B is a composite navigation system. The marine inertial navigation system A receives signals from an accelerometer 1 that detects the acceleration of the vessel, a platform servo 2 that controls the safety platform on which the accelerometer 1 is mounted, a gyro compass 3 that detects the direction, and the accelerometer 1. Then, the navigation calculation unit 4 calculates the ground speed and position, and the signal from this navigation calculation unit 4 is input, and the correction calculation is made based on the earth's rotation rate and movement rate.
It is comprised of a platform correction calculation unit 5, a speed indicator 6 and a position indicator 7 which display the output of the navigation calculation unit 4.

複合航法装置Bは、GPSアンテナ8からの信号を入力
するGPS受信機9、このGPS受信機9からの出力を
表示するQPS位置表示器11およびGPS速度表示器
10、速度誤差計算ユニット12、位置誤差計算ユニッ
ト16、各計算ユニット12及び13の出力する各誤差
を処理するカルマンフィルタ14、このカルマンフィル
タ14からの出力を入力し、所定の演算を行なって位置
を予測計算する位置予測計算ユニット15、位置予測計
算ユニット15の出力を電子海図と重畳して表示するC
RTディスプレイ16、電子海図を記憶する電子海図記
憶装置17、ディジタル時計18、位置予測計算ユニッ
ト15の出力をプリントするプリンタ19、ドツプラス
ピードログっ出力を表示するドツプラスピードログ表示
器22を含んで構成されている。なお、X軸ドツプラス
ピードログ20およびY軸ドツプラスピードログ21は
速度情報のバックアップ装置として用いられる。
Composite navigation device B includes a GPS receiver 9 that inputs a signal from a GPS antenna 8, a QPS position indicator 11 and a GPS speed indicator 10 that display the output from this GPS receiver 9, a speed error calculation unit 12, and a position An error calculation unit 16, a Kalman filter 14 that processes each error output from each calculation unit 12 and 13, a position prediction calculation unit 15 that inputs the output from this Kalman filter 14 and performs a predetermined calculation to predict a position; C displaying the output of the prediction calculation unit 15 superimposed on the electronic chart;
It includes an RT display 16, an electronic chart storage device 17 that stores an electronic chart, a digital clock 18, a printer 19 that prints the output of the position prediction calculation unit 15, and a Doppler speed log display 22 that displays the Doppler speed log output. It is made up of. Note that the X-axis Doppler speed log 20 and the Y-axis Doppler speed log 21 are used as a backup device for speed information.

速度誤差計算ユニット12は、慣性航法装置Aの速度表
示器6からの速度情報と、GPS速度表示器10からの
速度情報とを比較し、その誤差を計算するものであり、
位置誤差計算ユニット16は、慣性航法装置Aの位置表
示器7からの位置情報と、GPS位置表示器11からの
位置情報とを比較し、その誤差を計算するものである。
The speed error calculation unit 12 compares the speed information from the speed indicator 6 of the inertial navigation device A and the speed information from the GPS speed indicator 10, and calculates the error.
The position error calculation unit 16 compares the position information from the position indicator 7 of the inertial navigation device A and the position information from the GPS position indicator 11, and calculates the error.

また、カルマンフィルタ14は、船舶の動きを数式化し
た船体モデルが内蔵されており、入力される信号の中か
ら、舵で制御可能な針路の変化分だけを取シ出している
。なお、このカルマンフィルタ14の出力は、加速度計
1からの出力及びプラットホーム修正計算ユニット5の
出力側にそれぞれ設けられた禎正回路に印加され、各信
号を禎正するようになっている。
Further, the Kalman filter 14 has a built-in ship model that mathematically represents the movement of the ship, and extracts only changes in the course that can be controlled by the rudder from the input signals. The output of this Kalman filter 14 is applied to correction circuits provided on the output sides of the accelerometer 1 and the platform correction calculation unit 5, respectively, to correct each signal.

このように構成された装置の動作を次に説明する。慣性
航法装量Aにおいて、航法計算ユニット4は、加速度計
1からの信号を用い、位置情報と速度情報とを計算し、
その結果が位置表示器7、速度表示器乙にそれぞれ表示
される。また、GP8受信機9も同様に位置情報と速度
情報とを出力し、それらが位置表示器11と速度表示器
10にそれぞれ表示される。位置誤差計算ユニット13
及び速度誤差計算ユニット12は、それぞれ位置表示器
7,11からの信号及び速度表示器6,10からの信号
を比較し、それぞれ位置誤差及び速度誤差を計算する。
The operation of the device configured in this manner will be described next. In the inertial navigation equipment A, the navigation calculation unit 4 uses the signal from the accelerometer 1 to calculate position information and speed information,
The results are displayed on the position indicator 7 and the speed indicator B, respectively. Furthermore, the GP8 receiver 9 similarly outputs position information and speed information, which are displayed on the position display 11 and speed display 10, respectively. Position error calculation unit 13
and speed error calculation unit 12 compares the signals from the position indicators 7, 11 and the speed indicators 6, 10, respectively, and calculates the position error and speed error, respectively.

これらの各計算ユニット16及び12からの位置誤差及
び速度誤差は、カルマンフィルタ14によって処理され
、更に位置予測計算ユニット15によって、慣性航法と
、GPS受信装置の各々の長所を生かし、且つ各々の欠
点を消去するような所定の演算を行ない、位置及び速度
を予測する。この位置予測計算ユニット15からの位置
及び速度信号は、電子海図記憶装置17から出力される
電子海図と重畳され、CRTディスプレイ16上に表示
される。
The position error and velocity error from each of these calculation units 16 and 12 are processed by a Kalman filter 14, and further processed by a position prediction calculation unit 15 to take advantage of the strengths of inertial navigation and GPS receiver, and to eliminate the drawbacks of each. A predetermined calculation such as erasing is performed to predict the position and velocity. The position and speed signals from the position prediction calculation unit 15 are superimposed on the electronic chart output from the electronic chart storage device 17 and displayed on the CRT display 16.

ここで、極めて短時間内(例えば、数秒間)では、慣性
航法装置の航法計算ユニット4からの位置情報は非常に
精度が高く、又、GPS受信機9からの位置情報はデー
タが分散するため正確な位置は推定しがたい。これに対
し、長時間(例えば数時間)では、航法計算ユニット4
の位置情報は発散によシ、誤差が増大するが、QPS受
信機9の位置情報はデータの分散が常に同程庇であるた
め、誤差は時間の経過に無関係にほぼ一定である0本発
明の装置は、位置予測計算ユニット15が、慣性航法装
置とGPS受信機の両者の長所を生かし、かつ欠点を消
去するように所定の演算を行なうことによ、D、GPS
受信機9の単独の位置情報に比べ、その誤差を約%以下
に縮少し、また位置精度を約2倍以上に向上させている
。しかも、全世界の電子海図をその記憶装置17に用意
しておくことによシ、全世界の如何なる海域において、
24時間連続に使用できるようになっている。
Here, within an extremely short period of time (for example, several seconds), the position information from the navigation calculation unit 4 of the inertial navigation device is extremely accurate, and the position information from the GPS receiver 9 is data that is dispersed. The exact location is difficult to estimate. On the other hand, over a long period of time (for example, several hours), the navigation calculation unit 4
The positional information of the QPS receiver 9 is subject to divergence and the error increases, but since the data dispersion of the positional information of the QPS receiver 9 is always the same, the error remains almost constant regardless of the passage of time. In this device, the position prediction calculation unit 15 performs predetermined calculations to take advantage of the strengths of both the inertial navigation device and the GPS receiver and eliminate the drawbacks.
Compared to the positional information of the receiver 9 alone, the error is reduced to about % or less, and the positional accuracy is improved by about twice as much. Moreover, by preparing the electronic nautical charts of the entire world in the storage device 17, it is possible to
It can be used continuously for 24 hours.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば、船舶の位置を正
確に知ることができるもので、港内とか狭水道とかの輻
棲する海域においても、他船との衝突や座礁を防止する
ことができ、少ない要員で安全航行が行なえる船舶複合
航法システムが実現できる。
As explained above, according to the present invention, it is possible to accurately know the position of a ship, and it is possible to prevent collisions with other ships and grounding even in crowded sea areas such as in ports and narrow waterways. This makes it possible to realize a combined ship navigation system that allows safe navigation with fewer personnel.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明システムの一例を示す構成ブロック図、
第2図はそのシステムフロー図、第3図は各センサ及び
装置の設置位置説明図である。 A・・・船舶用慣性航法装置、B・・・複合航法装置、
4・・・航法計算ユニット、9・・・GPS受信機、1
2・・・速度誤差計算ユニット、13・・・位置誤差計
算ユニット、14・・・カルマンフィルタ、15・・・
位置予測計算ユニット、16・・・CR,Tディスプレ
イ、17・・・電子海図記憶装置。
FIG. 1 is a configuration block diagram showing an example of the system of the present invention,
FIG. 2 is a system flow diagram, and FIG. 3 is an explanatory diagram of the installation positions of each sensor and device. A... Inertial navigation device for ships, B... Composite navigation device,
4... Navigation calculation unit, 9... GPS receiver, 1
2... Speed error calculation unit, 13... Position error calculation unit, 14... Kalman filter, 15...
Position prediction calculation unit, 16...CR, T display, 17... Electronic chart storage device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  船舶に搭載され当該船舶の位置情報及び速度情報を出
力する慣性航法装置と、当該船舶の位置情報及び速度情
報を出力するGPS受信装置と、前記慣性航法装置から
出力される情報と前記GPS受信装置から出力される情
報とを比較しその誤差を計算する誤差計算ユニットと、
この誤差計算ユニットからの誤差をカルマンフィルタを
介して入力し前記慣性航法とGPS受信装置の各々の長
所を生かし且つ欠点を消去する所定の演算を行なつて船
舶の位置を予測する位置予測計算ユニットと、この位置
予測計算ユニットからの予測位置を電子海図上に重畳し
て表示するCRTディスプレイとを備えた船舶複合航法
システム。
An inertial navigation device mounted on a ship and outputting position information and speed information of the ship, a GPS receiving device outputting position information and speed information of the ship, information output from the inertial navigation device and the GPS receiving device an error calculation unit that calculates the error by comparing the information output from the
a position prediction calculation unit that inputs the error from the error calculation unit via a Kalman filter and performs a predetermined calculation that takes advantage of the respective strengths of the inertial navigation and GPS receiver and eliminates the drawbacks to predict the position of the ship; , and a CRT display that superimposes and displays the predicted position from this position prediction calculation unit on an electronic nautical chart.
JP8872285A 1985-04-26 1985-04-26 Composite navigation system for ship Pending JPS61247916A (en)

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JPS61247916A true JPS61247916A (en) 1986-11-05

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JP (1) JPS61247916A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5452216A (en) * 1993-08-02 1995-09-19 Mounce; George R. Microprocessor-based navigational aid system with external electronic correction
JP2008513730A (en) * 2003-09-23 2008-05-01 ハイドロ−ケベック Method and apparatus for determining the position of an object in water in real time

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5452216A (en) * 1993-08-02 1995-09-19 Mounce; George R. Microprocessor-based navigational aid system with external electronic correction
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